При проектировании и строительстве зданий часто встречаются слабые грунтовые основания с низкой несущей способностью и высокой сжимаемостью. Для их укрепления и улучшения характеристик используют армирующие элементы, в частности фиброволокна, внедрение которых усиливает грунтовое основание фундамента. Однако полная замена слабого грунта фиброармированным нецелесообразна и может оказаться экономически невыгодной. Ученые Пермского Политеха предложили более экономичный вариант укрепления основания фундамента, который позволяет значительно сократить расход материала, но при этом остается таким же эффективным.
Статья с результатами опубликована в журнале «Известия высших учебных заведений. Строительство», 2024 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Армирование грунта фиброволокнами происходит путем внедрения и распределения по всему объему грунтового основания коротких высокопрочных элементов (фибры). Если укрепление таким способом подпорных стен и откосов насыпей уже исследовано, то особенности применения фиброгрунта в качестве основания здания еще полноценно не изучено.
Его прочностные характеристики значительно выше по сравнению со слабым неукрепленным основанием. Фиброгрунт способен повысить несущую способность грунта, сократить площадь подошвы фундамента и уменьшить его осадку. Но, несмотря на это, полная замена слабого основания под зданиями — очень дорогая и нецелесообразная процедура.
Ученые Пермского Политеха изучили возможность применения грунтовых подушек, когда подушка из фиброармированного грунта подстилается слабым естественным грунтом. Такое устройство основания сравнивали с полностью замененным на фиброгрунт и полностью неукрепленным грунтом.
Для каждого варианта политехники рассчитывали прочностные и деформационные характеристики основания, определяли сопротивление грунта, площадь подошвы фундамента и его осадку.
— Грунт, полностью армированный фиброволокном, позволяет сократить площадь подошвы фундамента и тем самым расход его материала в 1,8 раза. Кроме того, результаты расчетов показали, что применение фиброгрунтовой подушки может до 3 раз сократить объемы строительных работ в различных грунтовых условиях. Особенно важно, что осадка фундамента не значительно больше и не превышает допустимых пределов, — рассказывает Андрей Пономарев, профессор кафедры «Строительное производство и геотехника» ПНИПУ, доктор технических наук.
Частичное добавление фиброволокон в грунт позволяет также продуктивно увеличить его прочность и сопротивляемость нагрузкам, но при этом такой вариант устройства гораздо рентабельней, а значит, привлекательней для строительных компаний.
Таким образом, ученые Пермского Политеха выяснили, что применение фиброгрунтовых подушек вместо полной замены слабого основания — более эффективный и экономичный способ, так как значительно уменьшает объемы производства армирующих элементов и сокращает сроки строительства.